Fluent軟件中氣動噪聲模塊的評價及局限性說明

2016-10-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

編者按

本文分別對直接計算聲學(xué)模塊、聲類比積分(基于FW-H方程)模塊和寬頻噪聲模塊三個模塊進(jìn)行了評價,并給出了三個方面的局限性。本文發(fā)布已經(jīng)三年有余,如果期間Fluent軟件對此有所改進(jìn),歡迎大家撰文重新評述。

Fluent軟件中的氣動噪聲模塊由直接計算聲學(xué)模塊、聲類比積分(基于FW-H方程)模塊和寬頻噪聲模塊3部分組成。(在fluent幫助中的表述:ANSYS FLUENT offers three approaches to computing aerodynamically generated noise:a direct method, an integral method based on acoustic analogy and a method that utilizes broadband noise source models. )

其中直接計算聲學(xué)模塊(a direct method)就是通過高分辨率的流體動力學(xué)方程來直接模擬噪聲,精確地計算聲波和流動的相互作用。但由于聲場能量通常遠(yuǎn)小于流場能量,,例如聲壓波動往往很小,140dB聲壓級時的聲壓為200Pa(噴氣式飛機(jī)附近),120dB聲壓級時的聲壓為20Pa(1000KW柴油機(jī)排氣口1m處),100dB聲壓級時的聲壓為2Pa(織布車間),80dB聲壓級時的聲壓為0.2Pa(公共汽車內(nèi)),60dB聲壓級時的聲壓為0.02Pa(普通談話),要捕捉到聲波需要很高的網(wǎng)格分辨率,就工程上的應(yīng)用而言,直接計算聲學(xué)模塊很難適用。

寬頻噪聲模塊(a method that utilizes broadband noise source models)是利用定常求解的流場數(shù)據(jù)(如基于RANS方程得到的平均速度、湍流動能和湍流耗散率等),通過一些半經(jīng)驗(yàn)公式計算出所需的聲學(xué)量。但目前為止,這種半經(jīng)驗(yàn)公式仍處于研究階段,已有的這些半經(jīng)驗(yàn)公式無法令所有人信服,給出令所有人滿意的計算結(jié)果。

聲類比積分模塊(an integral method based on acoustic analogy)是基于FW-H的聲類比方程及其積分解。在啟動聲類比積分模塊前需要首先計算出一個時變的流場,啟動模塊后fluent軟件的噪聲模塊自動捕獲所需要的流場中的變量隨時間的變化規(guī)律,分析處理后給出所需的聲學(xué)指標(biāo)。聲類比積分模塊目前應(yīng)用較為廣泛,并成功的應(yīng)用于計算導(dǎo)彈、飛行器、汽車的氣動噪聲。但要注意聲類比積分模塊的應(yīng)用也有其局限性。

這也是大家最常用的fluent氣動噪聲模塊,但必須注意它有三大局限性:

由于體積分被省略,因此fluent的聲類比積分模塊無法應(yīng)用于模擬在均勻靜止流體介質(zhì)包圍的小尺度范內(nèi)湍流產(chǎn)生的氣動噪聲問題。也就是任何流場中沒有固體障礙物,只是由湍流引起的氣動噪聲問題,fluent無法計算。

由于在近場處,流體的各種參數(shù)都劇烈變化,無法滿足推導(dǎo)FW-H方程的各種假設(shè)條件,聲類比積分模塊無法準(zhǔn)確模擬近場的氣動噪聲

聲類比積分模塊只適用模擬自由場,無法模擬管道噪聲之類的內(nèi)部噪聲或是半自由場。原因是在這兩種情況下,適用于FW-H方程的Green函數(shù)不成立,這時會有聲波的折射反射等多種新因素的影響,單純的FW-H方程無法考慮這些因素的影響。

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